Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность
Подождите немного. Документ загружается.
УСЛОВИЯ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ
И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ
Изучение морских отложений
и
содержащихся
в них
остатков
организмов представляет большие трудности,
чем
анализ осад-
ков континентов
и
континентальных окраин. Причин здесь
не-
сколько. Морские осадки менее доступны,
так как они
пол-
ностью находятся
под
водой,
и их
приходится исследовать
по
образцам, добытым
при
помощи драги
или
грунтовой трубки,
с привлечением подводной фотографии
и
акустических методов
изучения крупных структурных форм.
Б
ограниченных
по
пло-
щади районах проницаемого
для
солнечных лучей мелководья
можно проводить
и
непосредственные наблюдения, погружаясь
для этого
на
морское
дно (с
аквалангами
или в
специальных
аппаратах). Большие области континентального шельфа
по-
крыты плейстоценовыми реликтовыми песками,
что
осложняет
непосредственное сопоставление осадков
с
современным гид-
рологическим режимом. Кроме того, гидрологические процессы,
в частности приливы, прибой
и
штормы
на
мелководье
и тур-
биднтные потоки
на
больших глубинах носят сложный характер,
а образованные физическими явлениями осадочные текстуры
на
мелководье часто оказываются уничтоженными
в
результате
ин-
тенсивной переработки донными организмами.
Тем не
менее
в последние годы
о
морских условиях осадконакопления уда-
лось узнать достаточно много, чтобы подтвердить некоторые
хо-
рошо обоснованные обобщения, давно используемые
для ин-
терпретации древних морских отложений.
Принято различать мелководные морские,
или
неритовые,
отложения континентального шельфа
и
отложения подводного
склона, обычно более глубоководные, относящиеся главным
об-
разом
к
батиальной
и
абиссальной зонам; помимо этого, среди
морских отложений выделяют кремнисто-обломочные
и
карбо-
натные породы.
МЕЛКОВОДНЫЕ МОРСКИЕ РЕЖИМЫ
Нормальные прибрежные
и
настоящие
морские районы
кремнисто-обломочного
осадконакопления.
Большая часть пло-
щади современного континентального шельфа покрыта чехлом
62
3.
ОСЛДКОНАКОПЛЕНИС И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ
кремнисто-обломочных осадков. Чаще всего во внешней зоне
шельфа встречается реликтовый песчаный чехол доголоценовых
отложений, не соответствующий процессам, действующим ныне,
а па внутреннем шельфе, ближе к берегу, располагается песча-
ная призма пляжей, предфронтальной зоны и береговых баров.
Нередко верхняя часть шельфа бывает покрыта илистыми осад-
ками, располагающимися ближе к берегу, чем реликтовые пе-
ски,
но иногда илистый чехол покрывает весь шельф или только
его внешнюю зону. Непосредственное поступление осадков из
рек не играет значительной роли, за исключением приустьевых
участков крупнейших рек, таких, как Амазонка, Миссисипи и
Ганг—Брахмапутра, где илистые осадки покрывают шельф на
всю его ширину. Некоторые эстуарии получают осадочный ма-
териал со стороны моря
[251].
Бентосная биомасса в наибольшей степени сосредоточена
па континентальном шельфе, где она составляет 150—500 г/м
2
,
тогда как на абиссальных равнинах всего лишь 1 г/м
2
[322],
Скопления бентосных организмов оказывают большое воздейст-
вие на изменение осадочного материала. Там, где таких орга-
низмов мало: в подвижном субстрате или на его поверхности,
по которой происходит активная транспортировка влекомых на-
сосов,—
тонкозернистые отложения характеризуются большей
сохранностью и содержат богатую фауну. Осадочный материал
поступает в большом количестве, а постоянная переработка ор-
ганизмами и флокуляция (слипание коллоидных частиц) нару-
шают стабильность верхнего слоя осадков (измеряемого пер-
выми сантиметрами)—осадок приобретает тиксотропные свой-
ства
[380].
С другой стороны, морская трава, водоросли и
органические поверхностные пленки могут оказывать стабили-
зирующее действие.
Скорость приливного течения тестю связана с высотой при-
лива и достигает наибольших значений там, где происходит
резонансное усиление приливов, как, например, в заливе Фандн
(атлантическое побережье Канады). Этот залив известен са-
мыми высокими в мире приливами, достигающими 15 м, при
этом скорость приливного течения составляет 1—2 м/с. При вы-
соте прилива 3—4 м наблюдаются скорости 60—100 см/с. Все
большее значение придается влиянию отдельных штормов на
осодконакопление; появилась теория, в которой штормовые ус-
ловия противопоставляются условиям спокойного моря
[458].
Таким образом, имеет смысл различать условия шельфового
осадконакопления,
контролируемые
приливами,
и условия шель-
фового осадконакопления,
^контролируемые штормами
[251].
Характерная черта шельфового осадконакопления, контроли-
руемого приливами,— большая высота приливов (больше 3—
4 м), как в частично изолированных морях и заливах, например
3
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАШ1И ОТКРЫТОГО МОРЯ
на северо-западе Европы, в Персидском и Калифорнийском за-
ливах, В результате переотложения голоцеповых осадков воз-
никают особые формы рельефа дна шельфа, такие, как
песча-
ные волны
и
песчаные гряды.
Песчаные волны имеют прямоли-
нейные гребни и располагаются поперек течения. Наиболее тща-
тельно они изучались на юге Северного моря, где они имеют
высоту чаще всего 3—15 м и ширину )50—500 м. Песчаные
гряды (грядовые пески), напротив, располагаются параллельно
направлению течения и имеют большие размеры, В южной ча-
сти Северного моря их высота составляет 10—40 м, ширина
1
—
2 км, а длина достигает 60 км. В обеих формах развита косая
слоистость.
На более обширных участках шельфа, где осадконакопление
контролируется штормами, а высота прилива редко превышает
2—3 M
1
значительным источником энергии служат морские
волны, образуемые ветром. Скорость приливного течения
меньше 30 см/с, а скорость течений, создаваемых ветром, дости-
гает 70 см/с. Грядовые пески встречаются на открытых участ-
ках шельфа, например на Атлантическом шельфе США; их не
бывает в более защищенных водоемах с менее сильным вол-
нением, например в Мексиканском заливе. Песчаные гряды мо-
гут иметь такую же форму и такое же происхождение, как и
па приливном шельфе, но дюны и песчаные волны на склонах
гряд встречаются только в морях, подверженных сильным при-
ливам; в морях, где главную роль играют штормы, песчаные
волны имеют второстепенное значение, Джонсон [251] считает,
что перемещение больших масс песка и развитие дюн, песчаных
волн и гряд, создающее широко распространенную косую слои-
стость, происходит в основном в морях, где преобладают при-
ливные процессы, но мне приходилось видеть крупные подвод-
ные барханы, образованные ураганами в районе Большой Ба-
гамской банки, где высота прилива незначительна.
В спокойной, обычна более глубоководной, обстановке пески
сменяются илами; в илистой основной массе можно встретить
отдельные песчаные образования либо в виде отложенных при
штормах прослоев, либо, если поступление песка недостаточно,
в виде «замирающей ряби» с флазерной и линзовидной слои-
стостью. Часто, однако, пески и илы перемешаны в результате
биотурбации. И это тоже характерная черта, так как данная
фация с ее контрастным литологическим составом идеальна для
сохранения ископаемых следов органической жизни. Различные
типы неорганических осадочных текстур, могущие сохраниться
в
разрезах древних толщ, показаны на рис. 3.1. Косая слои-
стость волновой ряби представляет собой характерный тип тек-
стуры песчаных отложений мелководных морей (рис. 3.2). Знаки
волновой ряби нелегко отличить от текстур, образованных тече-
РИС.
3.1. Фациальная схема кремнисто-обломочных
зоны
[251].
осадков сублиторальной
3.
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ
И
ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ
65
Меняющееся
направление и разная
степень
асимметрии ряби, часто
'не
согласующиеся
с
внутренней текстурой
(даскордантность формы)
Текстурные
различия
смежных
серий слойков
-Однонаправленная -
тонкая косая
слоистость
(иногда встречная)
Разросшаяся
линзовидная
[ серия
Шевронная
постройка
f
ответвляющиеся
и
облекающие
слойки
Связанная
постройка
Неправильная
волнистая
подошеа серии
слойков
Ровная тонкая
слоистость
разного типа:
прямая
(внизу)
и
постепенно
переходящая
е
пологу/о
или
крутую
диагональную
(вверху)
РИС.
3.2.
Общие особенности, характерные
для
тонкой косой слоистости
вол
новой ряби
[98].
ниями, особенно тогда, когда
эти два
процесса взаимодействуют
(а
это
наблюдается часто).
Одно
из
немногих исследовании,
в
которых одинаково при-
стальное внимание уделено
и
ос^очному материалу,
и
фауне
песчаного мелководья, посвящено береговым районам Джорд-
жии
[217].
На
поперечном профиле через этот район выделено
несколько
зон,
характеризующихся рядом особенностей, которые
могут сохраниться
в
ископаемом состоянии.
Тыловой пляж {backshore beach),
К
этой зоне относятся тон-
кослоистые пески
со
знаками ряби
и
слабыми проявлениями
бпотурбации,
что
связано
с
малым разнообразием
и
малой плот-
ностью макробентоса; встречаются, однако, поры краба
Ocypode,
Передний пляж (foreshore beach).
Осадки состоят из чистого
мелкого песка, который залегает,
как
правило, полого накло-
ненными
к
морю сериями, состоящими
из
параллельных
и
суб-
параллельных слойков. Кроме того, имеются системы мелких
гряд
и
промоин
с
меняющимся падением слоев, знаками ряби,
волнистым залеганием
и
скоплениями раковин, которые, надо
полагать,
не
обладают высоким потенциалом сохранности.
Фауна характеризуется малым разнообразием
и
высокой плот-
ностью. Осадки слабо биотурбированы; имеются норы десяти-
ногого рака
Callianassa.
Предфронтальная зона пляжа (shoreface).
Здесь также рас-
пространен чистым мелкий песок, образующий 'Параллельные
и
5
Заказ
№ 389
66
3,
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ
субпараллельные тонкослоистые серии в интервале 0—1 м ниже
среднего уровня отлива и серии с тонкой рябыо в интервале
1—2 м ниже среднего уровня отлива. Это отложения, свойст-
венные обстановке с высокой энергией и интенсивным турбу-
лентным воздействием волн. Для фауны характерно малое чи-
сло видов и малая плотность; проявлений биотурбации нет.
Верхняя часть подводного берегового склона (upper
off-
shore).
На глубинах 2—10 м ниже среднего уровня отлива чи-
стые пески сменяются тонкими илистыми песками. В верхней
части этой полосы наблюдается переслаивание илов и песков.
Глубже 5 м всякие признаки слоистости полностью уничто-
жаются биотурбацией. Хорошо сохраняются норы рака
CaIlIa-
nassa;
фауна разнообразна и обильна.
Нижняя часть берегового склона (lower offshore).
Глубже
10 м располагаются чистые средне- и грубозернистые пески
с косой слоистостью крупной ряби. Фауна таксономически бед-
ная,
редкая; имеются остатки сердцевидных морских ежей
Moira,
с жизнедеятельностью которых и связана в основном
умеренная биотурбация песков. Это плейстоценовые реликтовые
пески.
При отсутствии реликтовых песков осложняющим обстоя-
тельством может быть то, что верхняя часть берегового склона
может перейти книзу в зону глинистых илов с богатой фауной
и с текстурой, сильно нарушенной биотурбацией.
«Следы жизни» (Lebenspuren) морских организмов иссле-
дователи из Зенкснбсргского^шститута морской геологии и био-
логии (Внльгсльмсхафен, ФРГ) впервые начали изучать на
блоках осадков. Результаты детальных исследований, проведен-
ных в нескольких далеко отстоящих друг от друга районах,
позволяют предположить, что вертикальные ходы — почти един-
ственный вид следов организмов в береговой зоне между уров-
нем прилива и базисом волн. Это явление связано, очевидно,
с большой интенсивностью физических процессов в данной зоне.
Ниже базиса воли отмечается большое разнообразие следов
жизнедеятельности организмов, включая горизонтальные ходы
(рис. 3.3).
Обращаясь к ископаемому материалу, отметим, что подверг-
шиеся биотурбации аргиллиты и глины с богатой бентосной
фауной, свидетельствующей о спокойных, но достаточно мелко-
водных морских условиях осадконакопления, настолько обычны,
что не требуют какого-либо особого рассмотрения в этом раз-
деле. Целесообразнее обратить внимание на то, в какой мере
текстуры, обнаруживаемые в песчаниках, могут быть использо-
ваны для выяснения различий между обстановками, в которых
главную роль играют приливы и волны.
Скопления песка, созданные приливами, в идеальном слу-
3.
ОСАДКОНАКОПЛЕНIiE И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ
67
Передний \П'редфронтальноя
пляж I зона
Верхняя чаешь
берегового склона
Нижняя часть
берегового склона
^Средний уровень прилива
^-^-^-Средний уровень атлива^^Л^-^
РИС.
3.3, Распределение следов жизнедеятельности организмов вдоль схема-
тизированного профиля через зону пляжа и подводного берегового склона
[103].
/ — норы наземных ракообразных; 2 — прямые вертикальные норы ор-
ганизмов, фильтровавших взвесь нижнего горизонта; J — U-образные ходы
организмов — фнльтраторов или собирателен питательного материала ниж-
него горизонта взвеси; 4 — трубки организмов, фильтровавших верхние гори-
зонты взвеси; 5 — ходы животных, питавшихся осадком; 6 — следы передви-
жения животных, обитавших внутри осадка.
чае должны характеризоваться шевронной косой слоистостью,
указывающей на два противоположных направления движения,
поверхностями повторной активизации и облекающими глини-
стыми пленками (в отложениях со значительным содержанием
глин).
К сожалению, ни один из этих признаков не может за-
страховать от ошибок
[251].
Поверхности активизации и глини-
стые пленки образуются не только в подобных условиях, а ко-
сая слоистость имеет крайне изменчивый облик. Прилив мо-
жет быть гораздо сильнее отлива или наоборот, так что могут
5*
68
3.
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ
И
ФДЦИП ОТКРЫТОГО МОРЯ
преобладать однонаправленные текстуры. Кроме того, слои
с противоположным падением могут отражать значительно
бо-
лее длительные,
а не
ежедневные изменения режима. Мощность
глинистых прослоев часто превышает
1 см» что
представляется
чересчур большой величиной
для
ежесуточных флюктуации
при
реально допустимой скорости осадконакопления.
Одно
из
наиболее подробных описаний песчанистых пород,
сформировавшихся
под
действием приливов, дано
в
работе
Cy-
этта
и др.
[457],
где
анализируются условия образования кем-
брийских песчаников Эриболл северо-западной Шотландии.
В этой работе приведены розы-диаграммы, спомощью которых
авторы хотели указать
на
существенно бимодальную ориенти-
ровку косой слоистости,
из
которой можно сделать вывод
о се-
веро-восточном
и
юго-западном направлениях приливно-отлив-
ных течений.
В
действительности
же из их
рисунка
8
следует,
что
в
каждом
из 7
приведенных примеров течения ориентиро-
ваны по-разному
и
только
в
немногих случаях
они
прибли-
жаются
к
простым северо-восточному
и
юго-западному направ-
лениям.
Для
подтверждения своих выводов авторы указанной
работы привлекают данные
по
ископаемым остаткам, включая
следы спасения (escape structure)
1
организмов, строматолиты
и текстуры «птичий глаз» (заполненные кальцитом пустоты,
возникшие
в
осадках
в
результате деятельности животных
или
водорослей),
а
также трещины усыхания
в
вышележащих карбо-
натных породах Дернесс, Однако
все эти
особенности песчани-
ков Эриболл указывают только
на
очень мелководные условия
их образования,
но
ничего
не
говорят
о
высоте приливов. Если
песчаные волны действительно связаны
с
приливными процес-
сами,
то
следует отметить,
что о
нескольких примерах древних
отложений, формировавшихся
под
действием таких процессов,
уже сообщалось.
В
частности,
в
таких условиях образовались
эоценовыс песчаники Пиренеев
[349].
Обстановки осадконакопления,
в
которых главную роль
иг-
рают волновые
и
штормовые воздействия, должны характеризо-
ваться широким развитием покровных песчаников
с
мощностью
слоев порядка нескольких сантиметров, полосчатой слоистостью
или косой тонкой слоистостью волновой ряби, наиболее замет-
ной
при
наличии шевронных структур. Вероятный пример таких
песчаников представляют нижнекаменноугольные отложения
Ирландии
[98].
Береговые бары.
Береговые бары (barrier islands)— круп-
ные прибрежные скопления песка, вытягивающиеся параллельно
1
Текстуры спасения возникают
не
только
при
бегстве
от
врагов,
но и
при уходе (перемещении) организмов
из
участков, ставших неблагоприят-
ными
для их
обитания; наиболее обычный случаи
—
перемещение вверх
при
засыпании
нор и
ходов осадком.—
Прим* ред.
3.
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ
И ФАЦИИ
ОТКРЫ
ИИ о МОРЯ
69
РИС.
3,4.
Модель фации берегового бара
на
примере острова Галвестон
(Те-
хас)
[35]. а —
план,
б —
разрез.
береговой линии,— являются единственными, помимо коралло-
вых барьерных рифов, морскими отложениями, выступающими
над уровнем моря. Наиболее изученные примеры находятся
в Атлантическом океане
и в
Мексиканском заливе недалеко
от
побережья
США. Со
стороны континента
эти
береговые бары
ограничены мелководными лагунами, имеющими только огра-
70
3.
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ
И
ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ
Дюны
Намытые гребни
на краю пляжа
ш
Мелко-
и
среднезернистые,
хорошо отсортированные
пески;
золовая косая
слоистость
Средне-
и
грубозернистые
necKUj галька; пологая
тонная слоистость
Береговой
бар
Дюны
Намытые гребни
на краю пляжа
Мелко-
и
среднезернистые,
хорошо отсортированные
пески;
золовая косая
слоистость
Средне-
и
грубозернистые
necKUj галька; пологая
тонная слоистость
Береговой
бар
Ътшя
заболоченная
полоса берегового
оара
При я ивно -отдивная
дельта
Лагунные пески
тыловой
части оара
*
*
Торфянисто-глинистые
пески,
галька;
среднего
размера,
плохо
отсортированные;
широко развитая косая
слоистость
Мелко-
и
среднезернистый
песок, чистый, хорошо
отсортированный;
редкие
узкие линзы алевритов
Внешний
край
лагуны
Ътшя
заболоченная
полоса берегового
оара
При я ивно -отдивная
дельта
Лагунные пески
тыловой
части оара
%%%%
*
. * *
*
•
•
Торфянисто-глинистые
пески,
галька;
среднего
размера,
плохо
отсортированные;
широко развитая косая
слоистость
Мелко-
и
среднезернистый
песок, чистый, хорошо
отсортированный;
редкие
узкие линзы алевритов
Внешний
край
лагуны
Лагуна,
Пляж
•
• *У
ж.
—
_
il£
Мягкие
темно-серые
глинистые алевриты
с
многочисленными <рукоидами
Средняя часть
лагуны
Солоноватоводное
болото
Край заболоченной
береговой полосы
Русловой гравий
(редко)
Плейстоценовые
отложения
•
• *У
ж.
—
_
il£
Мягкие
серовато-коричневые
глинистые алы,
обогащенные
органикой; тор(р
Темно-коричневые
глинистые
пески;
корнелосные
слои
Внутренний
край лагуны
Солоноватоводное
болото
Край заболоченной
береговой полосы
Русловой гравий
(редко)
Плейстоценовые
отложения
-.Д
*
SJ
OJ
Мягкие
серовато-коричневые
глинистые алы,
обогащенные
органикой; тор(р
Темно-коричневые
глинистые
пески;
корнелосные
слои
Внутренний
край лагуны
РИС.
3,5,
Трансгрессивные фации береговых баров
до
начала эрозии
бе-
рега
[122].
ничейную связь с открытым морем через приливно-отливные
русла (рис, 3.4). Массы песков, которые, как правило, вверх по
разрезу становятся более грубыми и венчаются эоловыми дю-
нами, могут продвигаться в сторону моря, как в случае острова
Галвестон, либо в сторону суши в результате эрозии предфрон-
тальной зоны пляжа и намыва песка морскими штормами. В по-
следнем случае морская трансгрессия приводит, по-видимому,
к образованию последовательности отложений, показанной на
рис. 3.5.
Отложения древних береговых баров можно распознать, если
только обратить самое !Пристальное внимание на всю фациаль-
ную обстановку обширной области. Крупные липзовидпые
массы огрубляющихся вверх по разрезу хорошо отсортирован-
ных песчаников с крупной косой слоистостью должны залегать
в пределах полосы взморья на небольшом расстоянии от пред-
полагаемой береговой линии —в идеальном случае они должны